Ein neu gewogener Exoplanet hat Astronomen zutiefst verwirrt.
Nach Messungen an einem sehr jungen Exoplaneten in der Größe von Jupiter namens HD-114082b haben Wissenschaftler herausgefunden, dass seine Eigenschaften mit keinem der beiden populären Modelle der Entstehung von Gasriesenplaneten genau übereinstimmen.
Einfach gesagt, es ist viel zu schwer für sein Alter.
„Im Vergleich zu derzeit akzeptierten Modellen ist HD-114082b etwa zwei- bis dreimal zu dicht für einen jungen Gasriesen mit einem Alter von nur 15 Millionen Jahren“, erklärt die Astrophysikerin Olga Zakhozhay vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland.
Der Exoplanet, der einen etwa 300 Lichtjahre entfernten Stern namens HD-114082 umkreist, war Gegenstand einer intensiven Datenerfassungskampagne. Mit nur 15 Millionen Jahren ist HD-114082b einer der jüngsten Exoplaneten, der jemals gefunden wurde, und das Verständnis seiner Eigenschaften könnte Hinweise darauf geben, wie Planeten entstehen – ein Prozess, der noch nicht vollständig verstanden ist.
Für eine umfassende Charakterisierung eines Exoplaneten, basierend auf der Wirkung, die er auf seinen Wirtsstern hat, werden zwei Arten von Daten benötigt. Transitdaten sind Aufzeichnungen darüber, wie das Licht eines Sterns schwächer wird, wenn ein umlaufender Exoplanet vor ihm vorbeizieht. Wenn wir wissen, wie hell der Stern ist, kann dieses schwache Dimmen die Größe des Exoplaneten enthüllen.
Radialgeschwindigkeitsdaten hingegen sind Aufzeichnungen darüber, wie stark ein Stern als Reaktion auf den Gravitationszug des Exoplaneten an Ort und Stelle wackelt. Wenn wir die Masse des Sterns kennen, kann uns die Amplitude seines Schwankens die Masse des Exoplaneten liefern.
Fast vier Jahre lang sammelten die Forscher Radialgeschwindigkeitsbeobachtungen von HD-114082. Anhand der kombinierten Transit- und Radialgeschwindigkeitsdaten stellten die Forscher fest, dass HD-114082b den gleichen Radius wie Jupiter hat – aber die achtfache Masse des Jupiters. Das bedeutet, dass der Exoplanet ungefähr die doppelte Dichte der Erde und fast die 10-fache Dichte von Jupiter hat.
Aufgrund der Größe und Masse dieses jungen Exoplaneten ist es höchst unwahrscheinlich, dass es sich um einen supergroßen Gesteinsplaneten handelt. die Obergrenze dafür liegt bei etwa 3 Erdradien und 25 Erdmassen.
Es gibt auch einen sehr kleinen Dichtebereich in felsigen Exoplaneten. Oberhalb dieses Bereichs wird der Körper dichter, und die Schwerkraft des Planeten beginnt, eine beträchtliche Atmosphäre aus Wasserstoff und Helium aufrechtzuerhalten.
HD-114082b liegt weit über diesen Parametern, was bedeutet, dass es sich um einen Gasriesen handelt. Aber Astronomen wissen einfach nicht, wie es dazu kam.
„Wir denken, dass sich Riesenplaneten auf zwei Arten bilden können“, sagt Astronom Ralf Launhardt vom MPIA. „Beide treten in einer protoplanetaren Scheibe aus Gas und Staub auf, die um einen jungen Zentralstern herum verteilt ist.“
Die beiden Wege werden als „Kaltstart“ oder „Warmstart“ bezeichnet. Es wird angenommen, dass sich der Exoplanet bei einem Kaltstart Stein für Stein aus Trümmern in der Scheibe bildet, die den Stern umkreist.
Die Teile werden zuerst elektrostatisch, dann gravitativ angezogen. Je mehr Masse es gewinnt, desto schneller wächst es, bis es massiv genug ist, um eine außer Kontrolle geratene Akkretion von Wasserstoff und Helium, den leichtesten Elementen im Universum, auszulösen, was zu einer massiven gasförmigen Hülle um einen felsigen Kern führt.
Angesichts der Tatsache, dass die Gase Wärme verlieren, wenn sie auf den Kern des Planeten fallen und eine Atmosphäre bilden, wird dies als die relativ kühle Option angesehen.
Ein Heißstart ist auch als Scheibeninstabilität bekannt und tritt vermutlich auf, wenn ein wirbelnder Bereich der Instabilität in der Scheibe unter der Schwerkraft direkt in sich zusammenfällt. Der resultierende Körper ist ein voll ausgebildeter Exoplanet, der keinen felsigen Kern hat, in dem die Gase mehr von ihrer Wärme behalten.
Exoplaneten, die einen Kaltstart oder einen Heißstart erfahren, sollten unterschiedlich schnell abkühlen und unterschiedliche Eigenschaften erzeugen, die wir beobachten können sollten.
Die Eigenschaften von HD-114082b passen nicht zum Hot-Start-Modell, sagen die Forscher; Seine Größe und Masse stimmen eher mit der Kernakkretion überein. Aber selbst dann ist es immer noch einfach zu massiv für seine Größe. Entweder hat es einen ungewöhnlich dicken Kern, oder es passiert etwas anderes.
“Es ist viel zu früh, um von einem heißen Start abzusehen”, sagt Launhardt. „Wir können nur sagen, dass wir die Entstehung von Riesenplaneten immer noch nicht sehr gut verstehen.“
Der Exoplanet ist einer von drei uns bekannten Planeten, die jünger als 30 Millionen Jahre sind und für die Astronomen Radius- und Massenmessungen erhalten haben. Bisher scheinen alle drei mit dem Platteninstabilitätsmodell nicht vereinbar zu sein.
Offensichtlich ist drei eine sehr kleine Stichprobengröße, aber drei für drei deutet darauf hin, dass die Kernakkretion möglicherweise die häufigere der beiden ist.
„Obwohl mehr solcher Planeten benötigt werden, um diesen Trend zu bestätigen, glauben wir, dass Theoretiker damit beginnen sollten, ihre Berechnungen neu zu bewerten“, sagt Zakhozhay.
„Es ist spannend, wie unsere Beobachtungsergebnisse in die Theorie der Planetenentstehung einfließen. Sie tragen dazu bei, unser Wissen darüber zu verbessern, wie diese riesigen Planeten wachsen, und zeigen uns, wo die Lücken unseres Verständnisses liegen.“
Die Forschung wurde in veröffentlicht Astronomie & Astrophysik.